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第 4 期 王雪妮，等: GA-g-PAA/ST 复合水凝胶的合成与表征 ·637·

水倍率的影响如图 7 所示。 下降到 122 g/g。当把水凝胶再次进行重复操作时，
在 NaCl-BaCl 2 溶液中，水凝胶吸水倍率会发生相同
的变化趋势，水凝胶呈现出较高的盐响应性能。这
是由于在不同价态盐溶液中，凝胶内部和外界溶液
的渗透压差大小不同，当水凝胶从 NaCl 溶液转入到
+
BaCl 2 溶液后，聚合物分子链上的部分 Na 被 Ba 2+
取代，渗透压差降低，发生了消溶胀行为；而当水
凝胶被重新转入 NaCl 溶液后，水凝胶内外部渗透压
差增大，水凝胶开始发生溶胀现象。水凝胶呈现出
的这种溶胀或收缩现象，说明该水凝胶在不同价态
的盐溶液中具有可逆行为。从图 8 可以看出，当水

图 7 表面活性剂对水凝胶吸水倍率的影响 凝胶经过 3 次溶胀-去溶胀循环后，在 NaCl 和 BaCl 2
Fig. 7 Effect of surfactants on the absorbency 溶液中吸水倍率分别为 80 和 12 g/g。水凝胶在两种

由图 7 可以看出，随着表面活性剂浓度的增加， 盐溶液中溶胀-去溶胀强度减小，这主要是经过多次
2+
水凝胶在 SDS 和 CTAB 溶液中的吸水倍率逐渐下 不同价态盐溶液的转换后，Ba 与网络聚合物链有
降。在浓度为 20 mmol/L 时，水凝胶在 SDS 和 CTAB 强烈的络合作用，离子交换使网络结构出现本体收
中的吸水倍率分别为 135 和 105 g/g，水凝胶在 SDS 缩现象，影响了水凝胶的溶胀 [22] 。
溶液的吸水倍率明显大于 CTAB。这说明凝胶的吸 2.8 水凝胶的保水性能
水倍率大小与表面活性剂所带的电荷类型和浓度有 水凝胶除考察其是否具有较高的吸水性能外，
关。在阳离子型 CTAB 溶液中，聚合物链中的阴离 其保水性能的研究也是考察的另一方面。外部温度
+
子能与 CTAB 形成较强的静电作用，同时 CTAB 表 对水凝胶保水率的影响如图 9 所示。

面上的烷基键容易覆盖在聚合物链中，这两个原因
导致水凝胶吸水倍率下降；在 SDS 溶液中，水凝胶

分子链中的阴离子与 DS 有较强的排斥作用，扩大
了水凝胶网络结构的溶胀空间 [21] 。因此，水凝胶在
SDS 溶液中有较大的吸水倍率。
2.7 水凝胶在盐溶液中的响应性能
水凝胶在 2 mmol/L NaCl-BaCl 2 溶液中的溶胀-
去溶胀曲线如图 8 所示。

图 9 水凝胶在不同温度下的保水性能
Fig. 9 Water retention capacities of the hydrogel at various
temperatures

由图 9 可看出，在不同外界温度下水凝胶的保
水率都随着时间的延长而下降，并且随着外界温度
的升高，水凝胶的保水性能呈现降低的趋势，这是
由于随着温度的升高，分子运动速率增大，水分子
更易于脱离。水凝胶在温度为 40、60 和 80 ℃放置

220 min 时，其保水率都能达到 50%以上，说明该水
图 8 水凝胶在 2 mmol/L NaCl 和 BaCl 2 溶液中的溶胀-
凝胶具有较高的保水性能，这对于高温地区的农业
去溶胀行为曲线
Fig. 8 Swelling and deswelling behavior curve of the 生产有很好的参考价值。
hydrogel in a 2 mmol/L solution of NaCl and BaCl 2
3 结论
由图 8 可看出，在 NaCl 溶液中，随着时间延长，
水凝胶快速溶胀，在 14 min 后吸水倍率达到 197 g/g， （1）以 GA、ST 和 AA 为原料，采用微波辐射
当把溶胀的水凝胶放入 BaCl 2 溶液中后，随着时间 技术，通过接枝共聚合成了 GA-g-PAA/ST 复合高吸
延长，水凝胶的体积会快速缩小，吸水倍率也快速 水性水凝胶。FTIR、SEM 和 XRD 表征显示，GA、